Введение

Реакция почвы оказывает большое влияние на развитие растений и почвенных микроорганизмов, на скорость и направленность происходящих в ней химических и биохимических процессов. В природных условиях pH почвенного раствора колеблется от 3 (в сфагновых торфах) до 10 (в солонцовых почвах). Чаще всего кислотность не выходит за пределы 4-8. Кислые почвы занимают в нашей стране значительные площади [2].

Так же существует проблема загрязнения почв выхлопными газами автомобилей, особенно в городской черте, что может отрицательно сказываться на росте растений, качестве урожая, выращенного на участках, расположенных вблизи от автодорог.

Цель работы: определение актуальной и обменной кислотности почвы, выявление в почве тяжелых металлов.

Задачи работы: ­  

1. Определить актуальную и обменную кислотность почвы, взятой на пробных участках, находящихся вблизи и вдали от автодорог.

2. Выявить наличие или отсутствие в исследуемой почве тяжелых металлов.

3. Дать рекомендации по сохранению и использованию почв.

Объект исследования: почва, взятая на пробных участках, находящихся вблизи и вдали от автодорог.

Предмет исследования: актуальная и обменная кислотность почвы, наличие или отсутствие в исследуемой почве тяжелых металлов.

Гипотеза: почва, взятая на пробных участках, находящихся вблизи и вдали от автодорог будет иметь разную актуальную и обменную кислотность, в образцах, взятых вблизи автодорог может быть выявлено наличие тяжелых металлов.

Решение современных проблем почвоведения базируется на детальном изучении химических и физических свойств почвы. Вопросы химизации сельского хозяйства и повышения почвенного плодородия, рационального использования земельных угодий и удобрений, природа и генезис отдельных почвенных типов и обширных почвенно-географических зон и провинций — все это требует предварительной химико-аналитической характеристики почв в сочетании с глубоким пониманием закономерностей почвообразования и специфических особенностей химии почв.

Перспективными для изучения почвообразования и плодородия почв являются физико-химические методы анализа. Современные физико-химические методы не отвечают, конечно, всем предъявляемым требованиям и дают ответ далеко не на все вопросы, но их основные принципы и приемы применения близко совпадают с потребностями науки о почвах [1].

Необходимо подчеркнуть, что в большинстве случаев проведение анализа физико-химическими методами требует очень немного времени и, хотя используется часто дорогостоящая аппаратура, все же достигается экономия средств благодаря быстроте определения и малому расходу реактивов. Вместе с тем по чувствительности и точности определения (особенно малых количеств) физико-химические методы безусловно превосходят обычные объемные и весовые методы анализа. С точки зрения почвоведения особенно важно, что многие почвенные характеристики могут быть получены этими методами без какого-либо нарушения естественного состояния почвы. И, наконец, физико-химические методы позволяют глубоко изучить принципы построения вещества, в том числе таких важнейших компонентов почвы, как тонкодисперсные минералы и органические гумусовые вещества.

Реакция почвы оказывает большое влияние на развитие растений и почвенных организмов, на скорость и направленность происходящих в ней химических и биохимических процессов.

В природных условиях рН почвенного раствора колеблется от 3 (в сфагновых торфах) до 10 (в солонцовых почвах). Чаще всего кислотность не выходит за пределы 4-8 [3].

Обменная кислотность почвы, значение, метод определения.

Кроме актуальной кислотности, существует потенциальная (скрытая) кислотность почвы, которая обусловлена наличием ионов водорода или алюминия в поглощенном состоянии. Часть поглощенных почвой ионов водорода может быть вытеснена в раствор катионами нейтральных солей. Так, если почву обработать растворами KCl, то катионы калия поглотятся почвой, а из поглощающего комплекса перейдут в раствор ионы водорода [5]. (ППК) Н + КСl = (ППК) К + НСl.

В результате такого вытеснения ионов водорода почвенный раствор подкисляется. Этот вид кислотности почвы называют обменной. Кроме поглощенного водорода, в сильнокислых минеральных почвах находится поглощенный алюминий, также способный переходить в раствор при взаимодействии почвы с нейтральными солями: Аl + 3KCl = AlCl3.

В растворе хлористый алюминий подвергается гидролитической диссоциации с образованием слабого основания и сильной кислоты: AlCl3 + 3Н2О = Al(ОН)3 + 3НCl.

Кислота, образующая при вытеснении из почвы алюминия во время обработки ее раствором нейтральной соли, и обменнопоглощенный водород, который переходит в солевую вытяжку, составляют обменную кислотность почвы. Следовательно, обменная кислотность - это кислотность, обусловленная обменнопоглощеными ионами водорода и ионами алюминия, которые извлекаются из почвы при обработке ее раствором нейтральной соли.

В настоящее время на основе многочисленных исследований можно считать наиболее вероятным, что при взаимодействии кислых почв с растворами нейтральных солей в солевую вытяжку переходят ионы как водорода, так и алюминия. Соотношение между ними зависит от условий образования почв, состава поглощающего комплекса и других причин. Обменная кислотность характерна для дерново-подзолистых почв и красноземов, а также для почв северной части черноземной зоны. В почвах, имеющих слабокислую реакцию водной вытяжки, обменная кислотность незначительна, а в щелочных вообще отсутствует. Обменная кислотность регулирует реакцию почвенного раствора.

Обменная кислотность приобретает особенно большое значение при внесении в почву больших количеств растворимых минеральных удобрений. Легко переходя в активную форму и подкисляя почвенный раствор, ионы водорода отрицательно влияют на развитие чувствительных к кислотности растений и почвенных микроорганизмов. Особенно токсичен для многих растений переходящий в раствор алюминий. Поэтому при внесении в кислые почвы извести необходимо добиваться нейтрализации не только актуальной, но и обменной кислотности.

Методика проведения исследований

Пробоотбор и подготовка образцов к физико-химическому анализу

Для проведения физико-химического анализа почвы необходимо правильно провести пробоотбор. Отбор почвенных образцов лучше проводить в весенний или осенний период. Рекомендуется составлять объединенные (смешанные, средние) образцы пробы из 5-8 индивидуальных, взятых в различных точках участка площадью от 100 кв. м до 1 га. Почву на многолетней залежи отбирают с глубины 0-10 см; на пашне — с глубины 0-20 см; на территориях, занятых лесом, — из лесной подстилки; на болотных почвах — верхний торфяной слой 0-20 см. На практике для отбора почвенных образцов часто используют метод конверта (рисунок 1) [5].

Подготовка почвы к анализу состоит в измельчении материала, удалении посторонних примесей, просеивании через сито с диаметром отверстий 1 мм и сокращении до небольшой массы (около 500 г). Для сокращения пробы пользуются разными методами. Один из них - метод квартования (рисунок 2). Измельченный материал тщательно перемешивают, рассыпают ровным тонким слоем в виде квадрата или круга, делят на четыре сектора. Содержимое двух противоположных секторов отбрасывают, а двух остальных соединяют вместе. Операцию квартования проводят многократно, после чего среднюю пробу высушивают до воздушносухого состояния и хранят в картонных коробках или бумажных пакетах с этикетками. Из полученного таким образом однородного материала делают различные вытяжки (водные, солевые, кислотные).

Приготовление водной вытяжки.

Водную почвенную вытяжку используют чаще всего для определения водорастворимых соединений, а также для определения актуальной кислотности почвы. Для ее приготовления 20 г воздушно-сухой про- сеяной почвы помещают в колбу на 100 мл, добавляют 50 мл дистиллированной воды, взбалтывают в течение 5-10 мин. и фильтруют.

Приготовление солевой вытяжки.

Для определения обменной кислотности почвы солевую вытяжку готовят следующим образом. 10 г воздушно-сухой почвы помещают в колбу, приливают 25 мл 1 М раствора хлорида калия (или хлорида натрия). Содержимое хорошо взбалтывают и оставляют до следующего дня, после чего фильтруют.

Гидролитическую кислотность почвы определяют в солевой почвенной вытяжке, приготовленной с использованием гидролитически щелочной соли (чаще всего ацетата натрия).

В колбу насыпают 40 г воздушносухой почвы, добавляют 100 мл 1 М раствора ацетата натрия, содержимое взбалтывают в течение 1 часа (желательно на ротаторе), фильтруют [5].

Кислотность почвы и методы ее определения

Определение актуальной кислотности

Актуальную (активную) кислотность определяют в водной почвенной вытяжке. Для этого необходимо поместить в пробирку или колбу 2 г почвы, добавить 10 мл дистиллированной воды; полученную суспензию 1:5 хорошо встряхнуть и дать отстояться осадку; в надоса- дочную жидкость внести полоску индикаторной бумаги и, сравнивая ее цвет с цветной таблицей, сделать вывод о величине pH почвы. Кроме того, pH можно измерить с помощью прибора Алямовского: к 3 мл почвенной вытяжки добавить 2-3 капли универсального индикатора и сравнить со шкалой.

В последнем случае кислотность может быть измерена как в вытяжках, так и в суспензии почвы (без предварительного фильтрования).

Определение обменной кислотности

Обменную кислотность устанавливают в солевой почвенной вытяжке после взаимодействия почвы с раствором нейтральной соли (чаще всего хлорида калия). Для определения обменной кислотности обычно пользуются теми же методами, что и для определения актуальной (индикаторная бумага, набор Алямовского, pH-метр). По показателям pH солевой вытяжки часто решают вопрос о необходимости известкования почв и о дозах извести.

Выявление в исследуемой почве тяжелых металлов

Определение свинца в почве. К вытяжке почвы приливали сульфид натрия для получения черного осадка. Если черный осадок отсутствовал – значит, в почве нет свинца.

Определение меди в почве. К вытяжке почвы приливали KOH для получения голубого осадка. Если голубой осадок отсутствовал – значит, в почве нет меди [5].

В 2022 году автором работы были проведены исследования почвы, собранных на 6-ти участках: 1 пробная площадка – у автодороги на ул. Орловское шоссе; 2 пробная площадка – у автодороги на пересечении пр. Первостроителей и пр. Ленина; 3 пробная площадка – у автодороги на ул. Аллея Труда; 4 пробная площадка – вдали от автодороги п. Новый Мир; 5 пробная площадка – на даче; 6 пробная площадка – вдали от автодороги в парке им. Ю.А. Гагарина.

Результаты определения кислотности почвы

Опыты по определению кислотности проводились в химической лаборатории естественно-географического факультета под руководством научного консультанта – Самко Оксаны Витальевны, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент кафедры безопасности жизнедеятельности и естественных наук ФГБОУ ВО «АмГПГУ».

Почву с каждой пробной площадки просеяли, взвесили, высушили в сушильном шкафу, приготовили шесть водных вытяжек из почвенных образцов (к 2 граммам почвы прибавляли по 10 мл дистиллированной воды).

С помощью лакмусовой бумаги по шкале определили pH и актуальную кислотность водных вытяжек.

Вывод: почвы во всех образцах, не зависимо от взятия пробы вблизи или вдали от дороги, нейтральные или близко к нейтральным. Только проба почвы у автодороги по ул. Аллея Труда – щелочные и имеют pH - 7,7.

В нейтральных и слабокислых почвах обменная кислотность не имеет значения, а в щелочных — отсутствует, поэтому мы, получив данную информацию от научного руководителя работы, поняли, что обменную кислотность определять не надо. 

Результаты выявления в почве тяжелых металлов

Опыты по выявлению тяжелых металлов в почве проводились в химической лаборатории естественно-географического факультета под руководством научного консультанта – Самко Оксаны Витальевны, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент кафедры безопасности жизнедеятельности и естественных наук ФГБОУ ВО «АмГПГУ».

Для определения свинца в почве к вытяжке почвы приливали сульфид натрия для получения черного осадка. Черный осадок не появился, что означает, что в исследованных образцах почвы нет свинца.

Для определения меди в почве к вытяжке почвы приливали KOH для получения голубого осадка. Голубой осадок не появился, что означает, что в исследованных образцах почвы нет меди.

Вывод: почвенные образцы, взятые для исследован я вдали и вблизи от автодороги не загрязнены тяжелыми металлами.

Заключение

В результате проделанной работы выяснили, что почвы во всех образцах, не зависимо от взятия пробы вблизи или вдали от дороги, нейтральные или близко к нейтральным.

Только проба почвы у автодороги по ул. Аллея Труда – щелочные и имеют pH - 7,7.

В нейтральных и слабокислых почвах обменная кислотность не имеет значения, а в щелочных — отсутствует, поэтому мы, получив данную информацию от научного руководителя работы, поняли, что обменную кислотность определять не надо. 

Почвенные образцы, взятые для исследован я вдали и вблизи от автодороги не загрязнены тяжелыми металлами, что может означать, что загрязнение атмосферы в городе, поселке Новый Мир и в дачном поселке можно считать не критическим, скорее всего слабым или средним.

Если бы исследуемые почвенные образцы были кислыми и надо было определить их обменную кислотность, то тогда стоило бы отметить, что обменная кислотность (рНсол) является основным показателем необходимости известкования почв. Так же можно производить подбор растений, которые предпочитают произрастать на кислых почвах и высаживать их на этих почвах без известкования, например, хвойные, щавель, рододендроны, азалии, верески, люпины, гортензии, голубика, калина, магнолия, папаротники, бадан, ландыши, космеи, мхи.

Последнее может стать советом для дачников, огородников и озеленителей городских и поселковых территорий. Полезно изучать почву на дачных участках с разных грядок, чтобы знать кислотность почвы, её чистоту или загрязненность, чтобы раскислять почву или высаживать подходящие к её характеристикам растения, чтобы получать более экологически чистый урожай, урожай в большом объеме. Вот почему актуально проводить мониторинг загрязнения окружающей cреды вдоль автомобильных дорог.

Гипотеза работы не подтвердилась.